LED未來(lái)前景分析，基于555定時(shí)器設計的LED控制電路分析

　　LED未來(lái)發(fā)展會(huì )是怎樣？

　　目前，照明消耗約占整個(gè)電力消耗的20%，大大降低照明用電是節省能源的重要途徑，為實(shí)現這一目標業(yè)界已研究開(kāi)發(fā)出許多種節能照明器具，并達到了一定的成效。但是，距離‘綠色照明’的要求還遠遠不夠，開(kāi)發(fā)和應用更高效、可靠、安全、耐用的新型光源勢在必行。LED以其固有的優(yōu)越性正吸引著(zhù)世界的目光。美國、日本等國家和臺灣地區對LED照明效益進(jìn)行了預測，美國55%白熾燈及55%的日光燈被LED取代，每年節省350億美元電費，每年減少7.55億噸二氧化碳排放量。

　　日本100%白熾燈換成LED，可減少1～2座核電廠(chǎng)發(fā)電量，每年節省10億公升以上的原油消耗。臺灣地區25%白熾燈及100%的日光燈被白光LED取代，每年節省110億度電。日本早在1998年就編制‘21世紀計劃’，針對新世紀照明用LED光源進(jìn)行實(shí)用性研究。近年來(lái)，日本日亞化工、豐田合成、SONY、佳友電工等都已有LED照明產(chǎn)品問(wèn)世。

　　世界著(zhù)名的照明公司如飛利浦、歐司朗、GE等也投入大量的人力物力進(jìn)行LED照明產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)。美國GE公司和EMCORE公司合作成立新公司，專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)白光LED，以取代白熾燈、緊湊型熒光燈、鹵鎢燈和汽車(chē)燈。德國歐司朗公司與西門(mén)子公司合作開(kāi)發(fā)LED照明系統。臺灣目前的LED產(chǎn)量?jì)H次于日本列在美國之前，從1998年開(kāi)始投入6億臺幣進(jìn)行相關(guān)開(kāi)發(fā)工作。

　　LED發(fā)展歷史已經(jīng)幾十年，但在照明領(lǐng)域的應用還是新技術(shù)。隨著(zhù)LED技術(shù)的迅猛發(fā)展，其發(fā)光效率的逐步提高，LED的應用市場(chǎng)將更加廣泛，特別在全球能源短缺的憂(yōu)慮再度升高的背景下，LED在照明市場(chǎng)的前景更備受全球矚目，被業(yè)界認為在未來(lái)10年成為最被看好的市場(chǎng)以及最大的市場(chǎng)將是取代白熾燈、鎢絲燈和熒光燈的最大潛力商品。

　　目前，照明消耗約占整個(gè)電力消耗的20%，大大降低照明用電是節省能源的重要途徑，為實(shí)現這一目標業(yè)界已研究開(kāi)發(fā)出許多種節能照明器具，并達到了一定的成效。但是，距離‘綠色照明’的要求還遠遠不夠，開(kāi)發(fā)和應用更高效、可靠、安全、耐用的新型光源勢在必行。LED以其固有的優(yōu)越性正吸引著(zhù)世界的目光。美國、日本等國家和臺灣地區對LED照明效益進(jìn)行了預測，美國55%白熾燈及55%的日光燈被LED取代，每年節省350億美元電費，每年減少7.55億噸二氧化碳排放量。

　　日本100%白熾燈換成LED，可減少1～2座核電廠(chǎng)發(fā)電量，每年節省10億公升以上的原油消耗。臺灣地區25%白熾燈及100%的日光燈被白光LED取代，每年節省110億度電。日本早在1998年就編制‘21世紀計劃’，針對新世紀照明用LED光源進(jìn)行實(shí)用性研究。近年來(lái)，日本日亞化工、豐田合成、SONY、佳友電工等都已有LED照明產(chǎn)品問(wèn)世。

　　世界著(zhù)名的照明公司如飛利浦、歐司朗、GE等也投入大量的人力物力進(jìn)行LED照明產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)。美國GE公司和EMCORE公司合作成立新公司，專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)白光LED，以取代白熾燈、緊湊型熒光燈、鹵鎢燈和汽車(chē)燈。德國歐司朗公司與西門(mén)子公司合作開(kāi)發(fā)LED照明系統。臺灣目前的LED產(chǎn)量?jì)H次于日本列在美國之前，從1998年開(kāi)始投入6億臺幣進(jìn)行相關(guān)開(kāi)發(fā)工作。

　　LED發(fā)展歷史已經(jīng)幾十年，但在照明領(lǐng)域的應用還是新技術(shù)。隨著(zhù)LED技術(shù)的迅猛發(fā)展，其發(fā)光效率的逐步提高，LED的應用市場(chǎng)將更加廣泛，特別在全球能源短缺的憂(yōu)慮再度升高的背景下，LED在照明市場(chǎng)的前景更備受全球矚目，被業(yè)界認為在未來(lái)10年成為最被看好的市場(chǎng)以及最大的市場(chǎng)將是取代白熾燈、鎢絲燈和熒光燈的最大潛力商品。

　　555定時(shí)器LED燈組設計：

　　本文詳細介紹如何使用便宜的555定時(shí)器，在一些不需要LED驅動(dòng)器全部功能的應用中，代替微處理器對專(zhuān)用led驅動(dòng)器實(shí)施控制。這樣做可讓用戶(hù)在降低總系統成本的同時(shí)，維持 LED驅動(dòng)器的恒定電流。

　　相比幾年以前，現在使用LED的應用越來(lái)越多。這些應用從高端視頻顯示器到低端照明應用，不一而足。設計人員通常只需要專(zhuān)用LED驅動(dòng)器的部分功能，但卻無(wú)力負擔控制它們所需的微處理器的相關(guān)成本費用。

　　專(zhuān)用LED驅動(dòng)器常常被設計為微處理器控制型，旨在實(shí)現諸如模擬或脈寬調制（PWM） LED電流控制、每個(gè)LED的獨立控制、LED狀態(tài)和故障信息讀取等特性。對于一些僅要求恒定LED 電流的應用（例如：LED照明或者發(fā)光）來(lái)說(shuō)，可能不需要這些高級特性。在這些應用中，諸如TLC555的555定時(shí)器可以代替微處理器，從而在實(shí)現LED電流精確控制的同時(shí)降低系統成本，其與輸入電壓、溫度和LED正向壓降無(wú)關(guān)。

　　例如，TLC5917是一款專(zhuān)用LED驅動(dòng)器，其控制八個(gè)獨立的恒流電流阱。正常情況下，它要求一顆微處理器，以驅動(dòng)四個(gè)數字輸入信號。指令/OE（允許輸出）激活和關(guān)閉IC.串行數據輸入 （SDI） 數據在時(shí)鐘（CLK）上升沿被時(shí)鐘輸入至IC的輸入移位寄存器。移位寄存器中的數據在LE下降沿（鎖閉）轉入內部開(kāi)/關(guān)鎖存器中。當需要LED電流的簡(jiǎn)單LED開(kāi)/關(guān)控制時(shí)，下列電路使用隨處可見(jiàn)的555定時(shí)器，來(lái)代替微處理器控制。

　　圖1:TLC555定時(shí)器代替LED驅動(dòng)器的微處理器

　　TLC5917輸出可以驅動(dòng)八個(gè)獨立LED，或者也可以并聯(lián)其輸出以提高電流能力來(lái)驅動(dòng)單個(gè)更高功率的LED.其內部電流設置寄存器具有默認啟動(dòng)值。這些值與Rext共同設置LED電流。在這種應用中，Rext將每個(gè)輸出的電流設置為IOUT= 18.75A / Rext = 18.75A / 178 ohm = 0.105A.將所有輸出并聯(lián)連接，得到0.842 A的LED電流。

　　上電時(shí)，內部開(kāi)/關(guān)鎖存器默認將所有輸出開(kāi)或者關(guān)至“0”，因此在輸出開(kāi)啟以前這些鎖存器必須被設置為“1”.555定時(shí)器代替微處理器實(shí)現該功能。CLK和LED都同時(shí)連接至 555定時(shí)器的方波輸出。在每個(gè)CLK上升沿，SDI數據被移位至TLC5917輸入移位寄存器中。在LE的下降沿，該數據被鎖存至開(kāi)/關(guān)鎖存器中。由于數據的轉移和鎖存發(fā)生在不同的時(shí)鐘沿，因此CLK和LE引腳可以連接至相同輸入時(shí)鐘信號。通過(guò)硬連線(xiàn)/OE接地，IC被永久性地激活。SDI可連接至Vcc，以在上電時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟LED.這種連接“1s”連續計時(shí)，以開(kāi)啟所有輸出。我們還可以將SDI連接至一個(gè)開(kāi)關(guān)或者數字輸入，以實(shí)現LED開(kāi)/關(guān)控制。之后，可將SDI拉至Vcc，所有“1s”連續計時(shí)，從而開(kāi)啟輸出。否則其將被拉至接地，所有“0s”連續計時(shí)以關(guān)閉輸出。

　　555定時(shí)器的時(shí)鐘速度決定了LED開(kāi)關(guān)的快慢。每個(gè)LE下降沿將SDI數據鎖存至另一個(gè)八內部開(kāi)/關(guān)鎖存器中時(shí)，八時(shí)鐘脈沖期間LED電流在0-100%之間斜坡變化，從而開(kāi)啟或者關(guān)閉另一個(gè)八輸出。圖2顯示了產(chǎn)生的階梯狀LED電流，其隨每個(gè)連續 LE下降沿而增加和減少。即使是相對較慢的10 kHz時(shí)鐘頻率，也會(huì )產(chǎn)生一個(gè)僅為0.8mS的關(guān)-開(kāi)和開(kāi)-關(guān)過(guò)渡，我們人眼對此的感覺(jué)僅是一瞬間。利用非常慢的時(shí)鐘頻率可以實(shí)現逐漸開(kāi)和關(guān)。將時(shí)鐘頻率設置為0.1Hz，可以在0.8秒時(shí)間內逐漸開(kāi)啟和關(guān)閉LED。

　　圖2:10 kHz時(shí)鐘頻率時(shí)的LED開(kāi)啟和關(guān)閉情況